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最近の研究成果

リチウム硫黄電池 2016年6月28日発表

イオンを見分けるセパレーター-金属有機構造体をリチウム硫黄電池セパレーターとして利用-

金属有機構造体を電池のセパレーターに用いて、安定な充放電サイクル特性を持つリチウム硫黄電池を開発した。リチウムイオン電池の正極に硫黄を用いるリチウム硫黄電池は、高い正極容量(理論値では1,675 mAh/g)を示すため、次世代蓄電池として期待されている。しかし、放電反応の中間生成物であるリチウム多硫化物は、電解液に容易に溶出する。充放電サイクルが進むにつれ、溶出した多硫化物イオンは正極と負極の間での酸化還元反応を引き起こし、その繰り返しにより、リチウム硫黄電池の容量が劣化するといった問題があった。金属有機構造体は従来から気体分子の吸着や分離に多く使われており、その機能は「分子ふるい」とも呼ばれている。今回、この「分子ふるい」はイオン種が分別できる「イオンふるい」としても機能すると考え、金属有機構造体をリチウム硫黄電池のセパレーターとして用いた。このセパレーターが溶出した多硫化物イオンの負極側への移動を防ぐため、新型のリチウム硫黄電池では、長時間にわたり安定な充放電サイクルが実現した。電流密度1Cでの1,500回のサイクル試験後も900 mAh/gという高い充電容量を維持している。

複合金属有機構造体膜をイオンふるいセパレーターに用いたリチウム硫黄電池の図

遺伝子組換え動物 2016年4月7日発表

ゲノム編集でニワトリを品種改良-低アレルゲン性卵の生産へ道筋-

卵白に含まれる強力なアレルゲンであるオボムコイドの遺伝子を欠失したニワトリを開発した。今回、次世代の品種改良技術としてさまざまな動植物で研究が行われているゲノム編集技術のクリスパー・キャス9(ナイン)法をニワトリに初めて適用して、ニワトリなど家禽(かきん)の新しい品種改良法を開発した。ゲノム編集により精子や卵子の元になる始原生殖細胞のオボムコイド遺伝子を欠失させて、オボムコイド遺伝子欠失ニワトリを作製した。このニワトリが生産する卵は、オボムコイドタンパク質を含まないことが期待され、副作用の少ないワクチンの生産や低アレルゲン性卵の開発に繋がると期待される。

卵白アレルゲン「オボムコイド」遺伝子を欠失したニワトリ(左写真)と遺伝子型解析の結果の比較(右図)の図

アクセシブルデザイン 2016年5月9日発表

どの方向からも画像が自分に向いているように見えるディスプレイを開発-標識・広告・テレビなどでの活用により情報にアクセスしやすい環境の実現を目指して-

360度どの方向から見ても画像が正面を向いているように見える表示技術を用いたディスプレイのプロトタイプを開発した。これまでの表示コンテンツの見やすさの改善の研究では、表示面を正面から見た条件での見やすさは改善できるが、表示面の正面方向から見た場合以外の見やすさは改善できなかった。そこで特殊なレンズ構造を使った独自の表示技術(特許出願中)を開発し、どの方向からみても表示面が自分の方向を向いているように見える静止画のディスプレイのプロトタイプを製作した。このディスプレイは、複数の利用者が同時に異なる角度から見ても、歩きながら見た場合でも、常に正面が表示されるため、これまでの一般的な表示では必ずあった見にくい角度や死角がなく、全ての利用者が最も見やすい正面向きの表示で内容を確認できる。また、表示装置のサイズには制限がほとんどないため、大規模イベント会場や駅・病院などの公共施設の案内や標識、文房具や玩具まで数多くのシーンでの活用が期待される。開発した技術は、公共スペースや交通機関、大型施設など、生活環境のあらゆる場所で、高齢者や障がい者を含むより多くの人々が情報にアクセスしやすい環境を実現するとともに、既存の情報環境の改善へ貢献することが期待される。

ディスプレイの試作模型(a,bは別角度から撮影)と利用例(cのイラストの矢印箇所)の図

摩擦制御材料 2016年6月24日発表

簡単に表面の摩擦力を大幅に変えられる複合材を開発-グリップ性能を調節できるゴムなどの表面材への応用に期待-

簡単に表面の摩擦力を大幅に変えられる複合材を開発した。この複合材はゴムの表面に織布を埋め込んだもので、外から圧縮すると、ゴム表面の摩擦力が瞬時に1/10程度に低下する。圧縮によって発生するゴムのシワ構造に、布繊維の構造変化が重なることで、表面の形状が大きく変わる。そのため、物体との接触面積が変化し、摩擦力が変わる。ロボットハンドや人間が触れたり握ったりする物体表面のグリップ性能等は、目的に応じた摩擦特性を要求され、表面材質やその凹凸形状についての研究開発が重要な課題になっている。今回の複合材は織布を表面付近に埋め込んだ簡単な構造のため、安価で簡便な方法で作製でき、圧縮するだけでグリップ性能を状況に応じて変えられる表面材としての応用が期待できる。

簡単に表面の摩擦力を大幅に変えられる複合材の図

金属配線印刷 2016年4月20日発表

超微細回路を簡便・高速・大面積に印刷できる新原理の印刷技術を開発-あらゆる生活シーンのIoT化・タッチセンサー化を加速する新技術-

紫外光照射でパターニングし、銀ナノ粒子を高濃度に含む銀ナノインクを表面コーティングするだけで、超高精細な銀配線パターンを製造できる画期的な印刷技術「スーパーナップ(SuPR-NaP;表面光反応性ナノメタル印刷)法」を開発した。プリンテッドエレクトロニクス技術のうち、微細な電子回路の構成に欠かせない高精細な金属配線を印刷する技術は、冶具・版などの汚染による繰り返し再現性の乏しさ、塗布後の基材表面上での金属粒子どうしの焼結・融着、高温の後処理によるプラスチック基板の歪み、基材の屈曲による配線の剥がれなどが課題であった。今回開発した技術は、紫外光の照射によって形成した活性の高い基材表面上に、銀ナノインク内の銀ナノ粒子を選択的に化学吸着させ、粒子と粒子との自己融着によって低い抵抗の銀配線を形成する。これにより、プラスチック基板に強く密着し、最小線幅0.8マイクロメートルの超高精細な金属配線を、真空技術を一切使うことなく、大面積基材上に簡便・高速に印刷で作製できるようになった。フレキシブルなタッチパネルセンサーがこの技術によって実用化される予定であり、今回8インチの試作品を作製した。

スーパーナップ法による金属配線の印刷製造工程の一部(左)とフレキシブル基板(右)の写真

環境負荷 2016年6月6日発表

産学官・国際連携による持続可能な土壌汚染対策研究を加速-Sustainable Remediationコンソーシアム設立-

2016年2月、産総研コンソーシアムとして、Sustainable Remediationコンソーシアムを設立した。近年、土壌汚染とその対策費用による社会的・経済的な影響が増している。サステイナブル・レメディエーション(SR)とは、環境面のリスク・負荷を低減しつつ、社会的・経済的影響を含めてバランスのとれた土壌汚染対策方法を選択するための評価・意思決定手法である。国際的には専門組織であるSuRF(Sustainable Remediation Forum)が設立され、またSRの国際標準化を目指した動きなども活発化している。産総研では、日本におけるSRの適用可能性の検討に先だち、正確な海外動向をリアルタイムに把握するとともに、東京都環境局などと連携し、土壌汚染対策に伴う環境負荷評価ツールの開発や「土壌汚染対策における環境負荷評価手法ガイドライン(2015年3月)」の策定などを通じて、基本検討を進めてきた。さらに、これらの成果を元に日本におけるSR適用の検討と研究開発を加速し、産学官連携や国際連携を強化するために、2016年2月にSustainable Remediationコンソーシアムを設立した。このコンソーシアムの活動により、わが国における持続可能な土壌汚染対策のあり方を議論するととともに、実社会への展開を目指す。

コンソーシアムの活動概要と組織図の画像

高温域温度測定 2016年6月27日発表

1000 ℃付近の高温で使用できる高精度な温度計を開発-高温域での温度測定・温度制御技術の向上に貢献-

1000 ℃付近の高温域で高精度に温度測定ができる白金抵抗温度計を開発した。半導体の製造現場など、高精度な温度測定が必要な場合には、センサー部に白金線を用いた白金抵抗温度計が利用されている。しかし1000 ℃付近の高温域では白金線の抵抗値が不安定なうえに、高温によって白金線自体に熱ひずみが生じて抵抗値がより不安定になるため、精度の高い温度測定は困難であった。今回、産総研の国家標準(温度標準)を用いた熱サイクル試験などによって、センサー部の白金線を詳細に調べ、抵抗値を安定化させる作製条件を探した。その結果、センサーの作製過程で、白金線に適度な熱処理を加えると、1000 ℃付近の高温域でも抵抗値が安定することを見出した。さらに、高温で白金線に生じる熱ひずみを低減できるセンサー構造を新たに考案した。これらにより、高温域でも、0.001 ℃レベルの精度で温度測定できる新たな白金抵抗温度計を開発した。今後、材料プロセスなど高温域での高精度な温度測定・温度制御の実現が期待される。

今回開発した白金抵抗温度計の外観(左)と先端のセンサー部(右)の図

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